哈佛大学 怀斯研究所的研究人员已经开发了eRapid技术，作为一种基于亲和力的低成本电化学诊断传感器平台，用于全血中临床相关脓毒症生物标志物的多重检测
学分:哈佛大学威斯学院 许多威胁生命的疾病，如败血症，是由血源性病原体引发的，不能被足够准确和快速地检测到，以启动正确的治疗过程
对于已经被未知病原体感染并发展为明显败血症的患者，每增加一小时就不能给予有效的抗生素会显著增加死亡率，因此时间至关重要
快速诊断败血症的挑战源于这样一个事实，即仅测量一种生物标记物通常不能进行明确的诊断
几十年来，工程师们一直在努力同时对全血中的多种生物标志物进行定量，使其具有高特异性和高灵敏度，以用于临床诊断应用，因为这将避免耗时且昂贵的血液处理步骤，在这些步骤中，信息生物标志物分子可能会丢失
现在，哈佛大学怀斯生物启发工程学院和英国巴斯大学的一个多学科团队，由怀斯创始董事唐纳德·因格博博士领导
D
，Ph
D
怀斯高级参谋科学家帕万·乔利博士
D
，进一步发展了该研究所的eRapid技术，将其作为一种基于亲和力、低成本的电化学诊断传感器平台，用于全血中临床相关生物标志物的多重检测
该装置使用了一种新型石墨烯纳米复合材料基表面涂层，并被证明能够同时准确检测三种不同的脓毒症生物标志物
该发现发表在《高级功能材料》杂志上
“在这项研究中，我们朝着在临床环境中部署电化学传感器平台迈出了重要的一步，以快速、灵敏地检测人体全血中的多种分析物
“由于我们在这里开发的纳米复合材料涂层价格低廉，它有可能彻底改变护理点诊断，不仅可以检测脓毒症生物标志物，还可以检测更广泛的生物标志物，这些生物标志物可以在多种环境中多路复用，以报告许多疾病和状况的状态，”英格伯说，他也是怀斯研究所生物灵感疗法和诊断平台的负责人，以及哈佛医学院和波士顿儿童医院血管生物学的犹大·福克曼教授和SEAS大学生物工程教授
Ingber、Jolly和他们的Wyss团队目前还在开发eRapid电化学传感器，该传感器采用新设计的石墨烯基纳米复合材料涂层，作为COVID、创伤性脑损伤、心肌梗死和许多其他疾病的现场诊断的关键组成部分。
通过开发电化学败血症传感技术，英格伯的团队在早期发表在《自然纳米技术》杂志上的工作的基础上，用他们的电化学传感技术解决了“生物污染”的问题
理论上，电化学生物传感器对于许多临床应用来说是优选的，因为它们能够通过将生物标记的结合事件直接转换成电信号来量化生物样品的含量，它们的低功耗和低成本以及易于与诊断读取器集成
然而，特别是当使用全血时，许多血液成分非特异性地结合到传感器电极的表面涂层上，导致它们的降解，以及虚假信号形式的电噪声
该团队的eRapid技术使用一种新型的防污纳米复合涂层作为电极，电极上附着有结合试剂，可以从少量血液和其他复杂的生物液体中捕获生物标记分子
在以高灵敏度和高选择性化学检测这些生物标记分子中的任何一种时，eRapid平台在电极上产生电信号，该电信号的强度与被检测的目标分子的水平相关
最初的纳米复合材料涂层能够很好地将化学信号转化为电信号，并且依赖于嵌入在一种叫做牛血清白蛋白的交联蛋白质基质中的微小导电金纳米线
然而，黄金材料的高成本一直是临床应用的商业化的主要障碍
“在我们先进的eRapid版本中，我们用氧化石墨烯纳米片代替了涂层的金纳米线，氧化石墨烯纳米片也具有防污和电化学特性，但它们价格低得多，测量更加灵敏
乔利说:“事实上，制造纳米复合材料的成本降低到了原始成本的一小部分，加上传感技术的速度、效率和多功能性，应该能够使eRapid平台立即产生商业影响。”
在炎症细胞因子白细胞介素6的结合试验中优化和表征了纳米复合涂层后，研究小组将其应用于脓毒症的诊断
本质上，通过将抗体分子附着到结合降钙素原的涂层上，并将第二种降钙素原特异性抗体添加到与酶连接的复合物中，由化学底物形成沉淀并沉积在涂层上
这改变了到达电极的电子电流，并有助于将多氯三联苯结合事件记录为电子信号
“我们证明了这种电化学传感器元件可以高精度地检测全血中的多氯三联苯，并通过量化21个临床样本中的多氯三联苯水平，直接与传统的酶联免疫吸附测定法进行比较，从而验证了这一点——相关性非常好，”第一作者乌罗·祖潘契奇说，他是来自巴斯大学英格伯小组的访问学者
祖潘契奇是博士
D
这项研究的合著者德斯皮娜·莫丘博士指导的候选人
D
巴斯大学讲师佩德罗·埃斯特拉博士
D
，副教授，该大学生物传感器、生物电子学和生物设备中心主任
然后，该团队通过设计C反应蛋白、另一种脓毒症生物标志物和病原体相关分子模式的传感器元件，扩展了他们同时检测多种脓毒症生物标志物的方法。
PAMP传感器元件特别利用了怀斯研究所的广谱病原体捕获技术，该技术使用一种被称为FcMBL的基因工程蛋白，该蛋白结合100多种不同种类的病原体，以及它们表面的分子，当病原体被杀死时，这些分子释放到血液中，并触发脓毒症级联反应
“在一个芯片上组装三个用于生物标记的专用电化学传感器元件是一个巨大的挑战，这些生物标记可以在血液中以非常不同的浓度存在
然而，最终传感器中的三个元件在临床显著范围内表现出特定的响应，而不会相互干扰，并且它们的周转时间为51分钟，这满足了在第一小时内诊断脓毒症的临床需要，”祖潘契奇说
为了使当前的eRapid技术对临床样本分析更加有效和有用，该团队将其与微流体系统集成，该系统在实验室中取出处理传感器所涉及的人体元素，并增加其表面生物标记结合事件的数量
这使得系统的生物标志物分析自动化，并使研究人员能够将测量多氯三联苯的周转时间减少到7分钟
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
